6ES7223-1PL22-0XA8多仓发货

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　引　言

　　联华集团生鲜食品配送中心综合工程包括温控系统、畜禽加工中心、食品包装间、污水处理系统、数据库等项目。是投资几个亿的大型项目，是上海市重要的菜篮子工程之一。本人参与了温控系统的设计，承担了PLC程序的设计，包括下位机的软件编制和上位机的软件编制。

1　系统描述

　　本温度控制系统需要对26间大小各异的房间进行各种温度控制。它们的温度主要可分为三大类：－18℃的冷冻间、0～5℃的保鲜间和10～15℃以下的加工处理间。
　　按照房间的大小分布有34个测温探头，其中，大多数房间每间安装一个探头，另外，有一间房间装有四个探头、两间为三个和一间为两个探头。
　　系统对温度的控制是制冷控制，根据实际情况，把制冷控制分为两个系统：一个是冷风机系统，主要是冷风机电动机的控制；另一个是冷却液系统，主要为冷却液阀门和泵的控制（两者都为开关量）。有四台冷却液泵向所有的房间提供冷却液。

2　控制要求

    （1）温度控制要求
    对于0～5℃和10～15℃房间的温度控制要求：
　　当某一测温点的温度高于设定值2℃时，打开对应的一组冷风机和冷却液阀门，并通过显示屏幕形式通知泵房，由人工决定打开冷却液泵。其中，开冷却液阀门顺序为：先开“出”阀门，经5秒延时后再开“进”阀门。当某一测温点的温度低于设定值2℃时，关闭对应的一组冷风机和冷却液阀门。关冷却液阀门顺序为：先关“进”阀门，经5秒延时后再关“出”阀门。当相应冷却液泵的所有冷风机和冷却液阀门都关闭和冷却液泵还在开启状态时，由计算机关闭其冷却液泵。4台冷却液泵分成两组，每组两台。一组控制10～15℃房间，另一组控制0～5℃房
间。
    对－18℃房间的温度控制要求：
　　这些房间只需要测温和开冷风机。当温度升高时，视情况由人工开启冷却液泵和阀门，然后通过“开”按钮通知PLC计算机开启该房间的冷风机。同样，当人工关闭冷却液泵和阀门时，用“关”按钮让PLC计算机把该房间的冷风机关闭。
    （2）故障检测
　　硬件系统有两套故障检测系统：一套是对每一组冷风机和阀门的各自中间继电器状况进行检测，另一套为对每组冷风机的过电流和过热继电器进行检测。
    （3）除霜功能
　　系统除霜功能是，当上位机输入该房间为除霜状态信号时，阻止该房间的所有冷风机打开，同时打开该房间的所有冷却液阀门，直至撤消除霜状态为止。
    （4）上位机监控
　　人机监控界面采用西门子公司的组态软件WINCC编制。它分两幅屏幕，一幅屏幕监测底楼的各种状况；另一幅屏幕监测二、三和四楼的相应状况。在各屏幕内对每一传感器有一个显示窗和一个下拉子窗口；在各房间的显示窗内显示的参数有当前温度、报警提示、除霜状态以及冷风机和阀门的开关状态。在各房间的下拉窗内专门操作人员可设置房间温度、设置和撤消除霜状态，系统对设置温度操作设有密码，防止非操作人员进行非法设置。同时还有温度趋势图、报警记录和打印报表等功能。

3　硬件配置

　　下位机PLC采用的是SIEMENS公司的SIMATIC S7－300可编程控制器，其硬件组态如图1所示。

　　上位机采用SIMENS公司的SIMATIC WINCCV5．0，用于监控和操作温度控制系统。与下位机的通讯采用点对点的方式。

4　温控系统的软件编程

　　（1）下位机编程采用SIMATICS7梯形图编程语言进行编制。通常STEP7有三种设计方法：线形编程、分部编程和结构化编程。考虑到26间房间只有0～5℃、10～15℃和－18℃的温度控制要求，排除几个特殊要求的房间需要进行单独编程外，完全可以通过结构化方法把类似的相同控制要求的房间的编程模块化，通过FC模块封装0～5℃房间、10～15℃房间和－18℃房间的控制功能。在这里我编写FC10完成了0～5℃房间的温度控制。这样各个房间只要调用对应的控制模块即可。下面将阐述在开发中需要注意的几个问题和技术处理。
    a）温度采集和处理
　　从传感器上通过PLC的模拟量输入模块中得到的数据必须通过量程转换才能变成实际的温度
值，通过编写单独的模块FC100，完成从WORD到实数的转换。考虑到传感器测到的温度可能由于干扰信号在极短的时间内出现阶跃，按照控制要求当温度高于设计温度2℃时就要打开冷风机和冷却液阀。为避免干扰，采用在10秒内采集5个温度，平均这5个温度，假如温度还是高于设计温度2℃才进行制冷和相关反应，从而有效的避免了干扰。
    b）温度控制模块的设计
　　温度控制模块包括FC10、FC20、FC30和其它的特殊房间的控制模块。FC10和FC20也就是0～5℃房间和10～15℃房间主要完成：当温度高于设计温度2℃时打开对应的冷风机和冷却液阀门，当温度低于设计温度2℃时关闭对应的冷风机和冷却液阀门。当然打开或关闭冷风机和阀门的连锁条件中加了与上位机通讯的、继电器故障等状态位，这里不一一展开。图2简略地表示0～5℃和10～15℃房间温控模块的程序流程图（省略了一些功能实现）。

    c）故障模块的设计
　　通过DO输出模块中冷风机和冷却液阀门的当前状态和DI输入模块中反馈过来的中间继电器的状态进行异或，0表示继电器正常，1表示继电器故障。当继电器故障时，冷风机将停止运行。
    d）与上位机通讯的DB块的设计
　　在本系统中，上位机与下位机的联系主要通过读取和改变下位机的DB块来实现的。总共有DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8八个DB块。其中DB1表示实际的温度信息数据块，DB2表示设计的温度信息数据块，DB3表示冷风机中间继电器报警的信息数据块，DB4表示冷风机热继电器报警的信息数据块，DB5表示冷风机开提示信号的数据块、DB6表示阀门开提示信号的数据块，DB7表示阀门中间继电器报警的数据块，DB8表示设置除霜信号的数据块。上述数据块的变量全是二进制变量。
　　（2）上位机的编程平台采用SIEMENS公司的SIMATICWINCCV5．0。通过读取下位机的DB块，
在上位机上显示对应的状况，如显示实际温度、冷风机开闭状态等。通过改变下位机对应的DB块，如在上位机上设计一个房间的设计温度，则改变了下位机DB2块对应房间的数据，从而达到控制下位机的要求。下面阐述上位机实现的功能及设计。
    a）主屏的功能及实现
　　主屏分为两屏，一屏显示一楼的信息，二屏显示二、三、四楼的信息。主要显示各个房间的信息，如显示各个房间的当前的温度、显示设计温度、冷风机的开闭状态等。主要通过图形编辑器和相应的标签管理来实现。
    b）归档和温度趋势图的设计与实现
　　通过WINCC可以很方便的把时间取样数据和事件记录在SQL数据库里。温度趋势图主要显示各个房间的历史温度和当前温度，通过趋势曲线和表格两种形式来反映温度记录。因为WINCC的产品使用基于MFC的VISUALC＋＋编的，方便的实现了多文档多视图的功能。
    c）报警图的设计与实现
　　除了在主屏上形象的用小灯的闪烁来表示各种故障报警外，WICC提供了强大的故障报警功能的实现，通过WINCC中的报警记录用文本的方式方便显示了各种故障到来、故障确认、故障离开的信息，并用不同的文本颜色来表示。
    d）报表与打印的设计与实现
　　通过WINCC中的报表编辑器实现定期的打印温度的历史数据。
    e）用户密码的确认
　　通过WINCC中的用户管理器，对设计温度和降霜设置加密。

5　结束语

　　由PLC控制的联华集团温度控制系统已经投放使用，运行稳定、可靠。与老的温度控制系统相比，具有温度控制更加jingque、能在上位机上实时地反映PLC工作情况和一系列报警及打印报表，使用更加方便、故障的处理更加及时。

0　概　述

　　车站值班员办完一条进路后，进路上的所有道岔能否自动转到开通进路的方向，进路能否正常排列出来，轨道电路的工作状态起决定作用。轨道电路是信号设备中保证行车指挥自动化的重要设备之一，所以必须经常检查轨道电路的状态，确保轨道电路状态正常、工作可靠。
　　目前，我国铁路和冶金钢铁企业的车站信号控制普遍采用继电器式6502电气集中控制系统，该系统有一个轨道电压测试盘，盘上有若干钮子开关，每个开关与一个轨道继电器相连接，扳动一个开关，可测试相应的轨道区段电压，测试完后需把开关扳回原位，才能测试另一段轨道区段电压。若要对全站的轨道区段电压进行测试，需要扳动近百个开关，操作十分繁杂，需要时间也较长，而且钮子开关使用一段时间后，常常出现接触不良的现象，影响测试的准确性。随着微电子技术发展与运用，特别是可编程控制器PLC以微处理技术为基础，综合计算机技术和自动化技术，产生的车站信号联锁控制系统，正逐步取代继电式6502电气集中控制系统，其轨道电压测试盘也被PLC构成的轨道电压监测系统取代。这种轨道电压监测系统是无接点控制电路，设备寿命长、性能稳定可靠、测试数据准确、操作简便快捷。对全站轨道区段电压的测试，只需用鼠标在轨道电压监测画面中点击一下循环测试按钮，所有的测试数据很快地显示出来。同时计算机自动将监测到的每一个轨道区段电压值与设定标准电压值进行比较，如果发现两者相差过大，即轨道电压过高或过低，给出警报信息，告知维修人员提前处理潜在的故
障。
　　本文简要介绍利用PLC可编程控制器构成的轨道电压监测系统。轨道电压监测系统的主要工艺流程是：上位机（工作站）发出轨道电压监测指令，下位机（PLC）接到指令，进行逻辑运算后，送出地址信号驱动轨道电压采集器，选通某一采集通道，将采集到的0～30伏交流电压转换为0～5伏直流电压信号，送入PLC系统，经过逻辑运算与数据处理，将结果放入数据存储区，上位机读出这些数据在CRT上显示出来。

1　设备的组成

　　本系统由美国莫迪康Quantun系列PLC可编程控制器以及相应的开关量输出模板、模拟量输入模板和通讯模板、上位机系统、采集器等设备组成。采集器包括数据采集板、电源模块等设备，见图1所示。

2　采集器的主要技术指标

    ·每个箱能提供128个数据选择通道
    ·通道输入信号0～30VAC，频率50Hz
　　·输出信号直流0～5ADC，输出负载能力4～20mA
　　·响应时间150ms

3　采集器的工作原理

　　采集器的128条采集通道分布在8块数据采集板上，每一条通道都应通过布线板上的端子用两根导线与相应的轨道连接。
　　采集器通道选择信号由系统计算机的口地址通过TTL输出模板提供。由8位选择信号实现128条通道的选择，假定这些信号为A7、A6、A5、A4、A3、A2、A1、A0，当A7＝0时，采集器处于禁止状态，只有A7＝1时采集器才能工作。A6、A5、A4用于选通相应的通路板，A3、A2、A1、A0用于选择通道。其对应关系如表1、表2。

　　由通路进入的信号为0～30V、50Hz的交流信号，而通过输入模板进入系统计算机由计算机分析处理的必须是0～5V直流电压。因此，必须将0～30V、50Hz的交流电压线性的变换为0～5V直流电压。用传统的变压器降压和二级管整流的方式是难以完成这种变换。本采集器设计一种运用放大器组成整流电路，加上完善的隔离技术，很好的实现了技术条件的要求。其整流电路输入输出的线性对应关系如图2所示。

　　采集器内有一个电源模块，提供＋5V电源，输出能力为2A，除供给采集器自身使用外还从插座引出送给TTL开关输出模板作为该模板的工作电源。模板的输出端装有保险丝以防过流。加有极性保护以防止－24V电源接反而损害电源模板。
　　本采集器在前面板上设有电源开关、电源指示灯和电源告警指示灯。
    电源指示灯亮表示模块输入电源正常，如果此时电源告警指示灯亮则表示模块输入电源中断。同时给出一个信号供系统计算机采集、判断。

4　系统的功能

　　系统具有单独检测某一段轨道电压和连续检测全站轨道电压的功能，并显示实时检测到的电压变化曲线。

5　系统操作方式及系统的程序流程图

　　·操作方式：轨道电压的测试分单测和循环测试两种方式。单测即用鼠标在CRT中轨道电压监测画面上点击轨道电压单测按钮和相应的轨道区段按钮；循环测试即用鼠标在CRT中轨道电压监测画面上点击循环检测按钮。
    ·系统的程序流程图如图3、图4所示。

6　轨道电压采集系统的优化

　　轨道电压采集器主要由16转1的数据采集板构成，完成多路转换的功能。数据采集板可单板使用，也可作极联连接使用，其两种方式各有优缺点。下面以采集通道为128路的采集器为例将数据采集板作单板使用与作极联连接使用的优缺点作一比较。
　　数据采集板单板使用：128路采集通道需要8块数据采集板，每块数据采集板需要PLC提供4个地址选通信号、1路模拟量输入通道，因此8块数据采集板需要PLC提供32个地址选通信号、8路模拟量输入信号通道。系统对128路输入信号刷新一次时间较短，仅为一块数据采集板所有通道刷新的时间。

　　数据采集板极联连接使用：128路采集通道同样需要8块数据采集板，8块数据采集板需要PLC提供8个地址选通信号、1路模拟量输入通道。系统对128路输入信号刷新一次时间较长，为一块数据采集板所有通道刷新时间的8倍。
　　由此可以看出，128路通道采集器数据采集板单板使用优点是输入信号刷新周期较短，缺点是所需PLC提供的输入输出点数较多；128路通道采集器采集板级联连接使用优点是所需PLC提供的输入输出点数较少，缺点是输入信号刷新周期较长。在设计轨道电压采集器时，数据采集板采用什么连接方式，应考虑合理的运用PLC系统的资源，尽量使输入信号刷新周期较快，使系统具有较高的性价比。

7　结束语

　　由于轨道电路的工作状态受环境温度、湿度以及季节等因素的影响很大，使它经常出现故障，影响行车作业。采用PLC的轨道电压监测系统，能够发现轨道电路的潜在故障，使故障被消灭在萌芽状态，从而减少了轨道电路的故障率，为生产运输创造了良好的条件。经生产运行证明该系统操作非常简便，测试数据准确，为分析轨道电路故障提供了有力的依据。该系统在铁路信号领域具有推广的价值。

1　引　言　　
　　现代控制系统中的模糊控制能方便地解决工业领域中常见的非线性、时变、大滞后、强耦合、变结构、结束条件苛刻等复杂问题。可编程控制器以其高可靠性、编程方便、耐恶劣环境、功能强大等特性很好地解决了工业控制领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，这两者的结合，可在实际工程中广泛应用。该文研究了通用模糊控制器在PLC上实现的几种算法，用离线计算、在线查表插值的方法实现模糊控制。
　　为了满足不同执行机构对控制量形式的要求，采用增量式／位置式模糊控制输出的算法，在增量式模糊控制输出时，可实现手动与自动之间的无扰动切换。为了消除由于频繁动作引起的振荡，采用了带死区的模糊控制算法。此外，一般的在线查表模糊控制器中存在着模糊量化取整环节，即当误差E与误差变化率EC不等于模糊语言值（例如NB，NM，NS，ZO，PS，PM或PB）时，E和EC取整，这时从查询表中查到的控制量U只能近似地反映模糊控制规则，因此产生误差。由于量化误差的存在，不仅使模糊控制器的输出U不能准确地反映其控制规则，而且会造成调节死区，在稳态阶段，使系统产生稳态误差，甚至会产生颤振现象。文中提出的二元三点插值法可从根本上消除量化误差和调节死区，克服由于量化误差而引起的稳态误差和稳态颤振现象。图1—1给出了通用模糊控制器的基本组成结构。
2　通用模糊控制器在PLC上的设计实现
　　图2—1　增量式输出模糊控制系统框图
型；确定各模糊变量的隶属函数类型；jingque输入、输出变量的模糊化；制定模糊控制规则；确定模糊推理算法；模糊输出变量的去模糊化；按所需的格式保存计算结果生成查询表。

　　实际应用中广泛采用的二维模糊控制器多选用受控变量和输入给定的偏差E和偏差变化率EC作为输入变量，因为它已能够比较严格的反映受控过程中输入变量的动态特性，可满足大部分工程需要，同时也比三维模糊控制器计算简单，模糊控制规则容易理解。对于多变量模糊控制器可利用模糊控制器本身的解耦特点，通过模糊关系方程分解，在控制器结构上实现解耦，即将一个多输入多输出（MI—MO）的模糊控制器，分解成若干个多输入单输出（MI—SO）的模糊控制器，这样就可采用单变量模糊控制器的设计方法。该文研究了二维通用模糊控制器的设计。为了便于由用户在线控制时决定是增量式输出还是位置式输出，输出变量取调节量的变化U，这也有利于通过对调节量变化U的调整，使系统偏差减少。
　　由于模糊控制器的控制品质受控制器输出方式的影响，对不同的受控对象提供位置式输出和增量式输出这两种选择方式。位置式输出算法的缺点是输出的u（k）对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，会引起由于u（k）的大幅度变化而导致执行机构位置的大幅度变化。如果采用增量式算法时，计算机输出的是控制增量Δu（k）对应的本次执行机构位置（例如阀门开度）的增量，图2—1为增量式输出模糊控制系统框图，阀门实际位置的控制量即控制量增量的积累是利用算式u（k）＝u（k－1）＋Δu（k）通过执行软件来完成。

　　模糊控制算法的实现是通过模糊推理所得，但该结果是一个模糊矢量，不能直接用于控制被控对象，必须转换为一个执行机构可以接受的jingque量。将所有可能输入状态的非模糊输出以同样方法计算后形成如表2—1所示的查询表，该表以数据模块形式存入计算机程序中，当一组输入给定时，可由该表查出相应的输出值。该方法将复杂的模糊计算融进查询表中，在实际使用时节省计算时间，并使控制变得简单明了。

2．2　在线部分设计
　　计算机离线运算得到的模糊控制器的总控制表经过系统在线反复调试、修改，Zui后以数据模块形式存入PLC系统内存中，由一个查询该表的子程序管理。查询子程序的流程如图2—2所示，图中fielde、fieldec及fieldu分别表示误差E、误差变化率EC和控制量U的论域范围。由流程图可知，控制器的调节方式有手动和自动两种，输出方式有增量式和位置式输出两种。如果输出方式选择为增量式输出，则可以实现手动调节方式到自动调节方式的无冲击切换。

2．2．1　二元三点插值
　　给定矩型域上n×m个结点（xi，yj）的函数值zij＝（xi，yj），其中i＝0，1，…，n－1；j＝0，1，…，m－1，在两个方向上的坐标分别为x0＜x1＜…＜xn－1，y0＜y1＜…＜ym－1，利用二元三点插值公式可计算出指定插值（u，v）处的函数近似值w＝z（u，v）。表2—1用函数形式表示为Uij＝f（Ei，ECj），其中i＝1，2，…，k1；j＝1，2，…，k2。设某个采样周期的输入为E、EC，则需求出U＝f（E，EC）的值。
　　采用二元三点插值法运算相当于E与EC在其论域内的分档数趋于无穷大，这样不仅能够满足表2—1所给出的查询表制定的控制规则，而且还在控制规则表内的相邻分档之间以线性插值方式补充了无穷多个新的、经过细分的控制规则，更加充实完善了原来的控制规则，并从根本上消除了量化误差和调节死区，克服了由于量化误差而引起的稳态误差和稳态颤振现象，显著改善了系统的性能，尤其是稳态性能。　　
2．2．2　带死区的模糊控制算法
　　为了避免控制动作过于频繁，消除由于频繁动作引起的震荡，带死区的控制算法是一个好的解决办法。

　　上式中，死区e0是一个可调节的参数，其具体数值可根据实际控制对象由实验确定。若e0值太小，使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象的目的；若e0值太大，则系统将产生较大的滞后。
　　带死区的模糊控制器的系统结构如图2—3所示，此控制系统实际上是一个非线性系统。即当｜e（k）｜≤｜e0｜时，模糊控制器输出为零；当｜e（k）｜＞｜e0｜时，模糊控制器有适当的输出。

3　应用实例　　
　　电机调速控制系统见图3—1，模糊控制器的输入变量为实际转速与转速给定值之间的差值e及其变化率ec，输出变量为电机的电压变化量u。图3—2为电机调试输出结果，其横坐标为时间轴，纵坐标为转速。当设定转速为2 000r／s时，电机能很快稳定运行于2 000r／s；当设定转速下降到1 000r／s时，转速又很快下降到1 000r／s稳定运行。

4　小　结　　
　　通用模糊控制器在PLC上的实现采用了二维模糊控制结构，这种结构能确保系统的简单性和快速性。它的输入为系统误差E和误差变化率EC，因此它具有类似于常规PD控制器的功能和良好的动态特性。在实际应用中证实，系统响应速度快，超调量很小，稳态精度高。为了获得更好的静态性能，应加入模糊积分单元，构成PID模糊控制器。